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Redes de Area Local

Sant Josep Obrer - 1 - Unidades Didcticas

UNIDAD DIDCTICA N 1:

INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIN

1.1. EL PROCESO TELEMTICO 1.1.1. Transmisin

Proceso telemtico por el que se transportan seales de un lugar a otro, donde estas seales pueden ser de diversa procedencia; mecnicas, acsticas, etc. Y adems, siempre tendrn unas magnitudes fsicas con que medirlas; frecuencia, amplitud...

1.1.2. Comunicacin

En todo proceso de comunicacin hay necesidad de transmisin de seales, sin embargo no siempre existe comunicacin. Por lo tanto la podemos definir comunicacin como el proceso telemtico por el que se transporta informacin sabiendo que sta viaja sobre una seal que se transmite.

1.2. NORMAS Y ASOCIACIONES DE ESTNDARES

- Estndar de facto (echo), donde los usuarios por su utilizacin lo hacen estndar. - Estndar de iure (derecho), donde una organizacin decide el estndar.

1.3. ASOCIACIONES

CCITT Comit Consultivo Internacional Telegrfico y Telefnico. ITU Unin Internacional de Comunicacin. ISO(OSI) Organizacin Internacional de Normalizacin. ANSI Instituto Nacional Americano de Normalizacin. IEEE Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos.

1.4. CLASIFICACIN SEGN LA TOPOLOGA DE CONEXIONES DE LAS

LINEAS DE COMUNICACIN 1.4.1. Lneas punto a punto

Dos equipos estn conectados punto a punto cuando existe una lnea conectada entre ordenadores, pero sin que ningn otro equipo pueda solicitar servicios de transmisin sobre esa lnea.

1.4.2. Lneas multipunto

Tiene una topologa en forma de red troncal, constituida por un bus de comunicaciones comn a todos los equipos que se conectan a la red. En este tipo de lneas se pueden establecer contiendas entre los equipos para utilizacin de los recursos.

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1.5. CLASIFICACIN SEGN SU PROPIETARIO 1.5.1. Pblicas 1.5.2. Privadas 1.5.3. Dedicadas 1.6. CONCEPTO DE CIRCUITO DE DATOS 1.6.1. Equipo Terminal de Datos (ETD)

Es el componente del circuito de datos que hace de fuente o destino de la informacin (ordenador).

1.6.2. Equipos Terminales de circuitos de Datos (ECD)

Es el componente del circuito que adecua las seales que viajan por el canal de comunicaciones convirtindolas a un formato asequible para el equipo terminal de datos (mdem).

1.6.3. Lnea de circuito de datos

Las lneas del circuito de datos unen los equipos terminales de circuitos de datos y se encargan de la transmisin. Por ejemplo, un mdem.

1.7. TIPOS DE TRANSMISIN 1.7.1. Transmisin Asncrona (Sin Reloj)

El asincronismo es un proceso por el cual el receptor y el emisor se ponen de acuerdo en donde empieza y acaba una informacin que se ha puesto en el medio de transmisin empleado. Un error de sincronismo implica la posibilidad de una interpretacin incorrecta de la informacin. Una transmisin es asncrona cuando el proceso de sincronizacin entre el emisor y el receptor se realiza en cada palabra de cdigo transmitido. Esto se lleva a cabo a travs de unos bits especiales que ayudan a definir el entorno de cada cdigo que se va a transmitir.

Lneas de Circulacin de Datos

ECD ECD

Emisor o

Receptor

Controlador de

Comunicaciones

Emisor o

Receptor

Controlador de

Comunicaciones

ETD ETD

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Para enviar 8 bits de datos hay que enviar 11 bits. (8/11)*100.

1.7.2. Transmisin Sncrona (Con Reloj)

En la transmisin sncrona los bits transmitidos se envan a un ritmo constante, y se exige la transmisin tanto de datos como de una seal de reloj, llamada seal de envo, que marque la secuencia en que se van enviando los datos, con el fin de sincronizar al emisor y al receptor. En la transmisin sncrona se suelen utilizar unos caracteres especiales para evitar prdidas de sincronismo.

1.8. CLASIFICACIN SEGN EL MEDIO DE TRANSMISIN 1.8.1. Transmisin en serie (COM)

Se dice que una transmisin es en serie cuando todas las seales se transmiten por una nica lnea de datos secuencialmente. Por ejemplo: Ordenador -> Mdem -> Lnea telefnica Puerto Serie PC -> Ratn

1.8.2. Transmisin en paralelo

Cuando se transmiten simultneamente un conjunto de bits, uno por cada lnea del canal. As ser n veces ms rpida que en serie, donde n es el nmero de lneas. Las conexiones en paralelo siempre son ms complejas que en serie (LPT1).

000

CLOCK

INFORMACIN

REPOSO

0 0START

Transmisin Asncrona

1 1 1 1

00

STOP

1 1 11 1

Transmisin Sncrona

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1.9. EXPLOTACIN DE LOS CIRCUITOS DE DATOS 1.9.1. Comunicacin SIMPLEX

La transmisin siempre se efecta en una direccin. Se dice que hay un nico canal fsico y un nico canal lgico unidireccional. Ej. : Televisor.

1.9.2. Comunicacin SEMIDUPLEX

La comunicacin puede ser bidireccional, es decir, emisor y receptor pueden intercambiar informacin, sin embargo, no simultneamente. Esto significa que hay un solo canal fsico y un canal lgico bidireccional. Ej. : Radioaficionado.

1.9.3. Comunicacin DUPLEX

Se caracteriza por ser bidireccional y simultnea; esto significa que hay un canal fsico y dos canales lgicos.

EMISOR RECEPTOR

EMISOR /

RECEPTOR

EMISOR /

RECEPTOR

EMISOR /

RECEPTOR

EMISOR /

RECEPTOR

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1.10. ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIN 1.10.1. El Emisor y el Receptor

El emisor es el elemento terminal de la comunicacin que se encarga de proporcionar la informacin. Se contrapone al receptor, que es el elemento terminal de la comunicacin y que recibe la informacin procedente de un emisor. Cada emisor es inseparable de su receptor, sin embargo, pueden darse casos en los que haya un receptor y mltiples emisores o un emisor y mltiples receptores.

1.10.2. Los Transductores

Es un dispositivo encargado de transformar la naturaleza de una seal. La seal fsica que ms se utiliza en telemtica es la seal elctrica y ello es debido principalmente a su facilidad de transporte, gobierno y transformacin, as como a su rapidez de transporte (aprox. La velocidad de la luz). Ej. : Una bombilla, la cual convierte una seal elctrica en una luminosa o bien micrfonos o altavoces.

1.10.3. El Canal

Es el elemento que se encarga del transporte de la seal sobre la que viaja la informacin que pretenden intercambiar emisor y receptor. Un canal viene definido desde el punto de vistas telemtico por sus propiedades fsicas: la naturaleza de la seal que es capaz de transmitir, la velocidad de transmisin, la capacidad de transmisin (ancho de banda), la longitud mxima, el modo de insercin de emisores y receptores...

1.10.4. Moduladores y demoduladores

En aquellos casos en que se deba adecuar las seales a los canales de transmisin, y en el caso de que ambos compartan la misma naturaleza (elctrica, acstica, luminosa) se utilizan los moduladores.

1.10.5. Otros Elementos

Amplificadores: Se encargan de restaurar una seal analgica devolvindole su amplitud original, resolviendo as la atenuacin producida por las prdidas de vidas a la longitud de la lnea. Repetidores: Tienen como misin regenerar las seales digitales, y no se trata de una amplificacin. Distribuidores y Concentradores: Se encargan de repartir o agrupar las seales elctricas entre diversos emisores y receptores. Conmutadores: Se encargan de establecer un canal de comunicacin apropiado tal como las centralitas de comunicacin (Telefnica) que lo que hacen es elegir la ruta adecuada para comunicar a un emisor y a un receptor.

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UNIDAD DIDCTICA N 2:

LA ARQUITECTURA DE LAS COMUNICACIONES 2.1. CONCEPTOS PREVIOS 2.1.1. INTRODUCCIN 2.1.2. La organizacin de los ordenadores en red. 2.1.2.1. SISTEMAS AISLADOS Y TEMPORALMENTE REMOTOS.

Un sistema aislado es un ordenador que es incapaz de comunicarse con el exterior, por

va telemtica. En ocasiones, los sistemas aislados pueden efectuar conexiones temporales, normalmente a travs de redes pblicas para efectuar intercambios de informacin con el exterior. De este modo, el sistema est conectado temporalmente y se dice que este sistema est realizando conexiones remotas. 2.1.2.2. REDES DE ORDENADORES. En este sistema de interconectar ordenadores en red, los distintos equipos se conectan a travs de redes de datos, pero sin perder su identidad propia. 2.1.2.3. LOS SISTEMAS DISTRIBUIDOS. Est compuesto por una red de ordenadores pero con la peculiaridad especial de que la existencia de mltiples ordenadores en la red, es totalmente transparente al usuario. Es decir, que se puede ejecutar una operacin en la red y esta retorna los resultados sin saber a ciencia cierta (ni tan siquiera interesa) que ordenadores de todos los de la red, han atendido nuestra peticin. 2.1.3. EL protocolo de comunicaciones. Un protocolo es un conjunto de reglas, preferentemente organizadas y convenidas de mutuo acuerdo entre los participantes en una comunicacin y su misin es regular algn aspecto de la misma. Es habitual que los protocolos se ofrezcan como normativa o recomendaciones de las asociaciones de estndares. Los fabricantes que se ajustan a estas normativas tienen la seguridad de ser compatibles entre s en aquellos aspectos regulados por los protocolos.

2.1.4. Concepto de capa nivel. Con el fin de simplificar la complejidad de cualquier, red los diseadores de redes han convenido estructurar las diferentes funciones que realizan los servicios que proveen en una serie de niveles o capas. Las capas estn jerarquizadas y cada una se construye sobre su predecesor. El nmero de capas y sus servicios y funciones es variable segn el tipo de red. Sin embargo, en cualquier red, la misin de cada capa es proveer servicios a las capas superiores, haciendo transparente el modo en que esos servicios se llevan a cabo. De esta manera cada capa debe ocuparse exclusivamente de su nivel inmediatamente inferior, a quien solicita servicios, y del nivel inmediatamente superior a quien devuelve resultados. 2.1.5. El interface entre capas.

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Visto que entre dos capas consecutivas se mantienen unas relaciones nicas entre dichas capas, lo cual nos lleva a definir el modo en que cada capa negocia los servicios y se comunica con las capas adyacentes. El interface entendido como la definicin de los servicios y/o operaciones que la capa inferior ofrece a la superior, se gestiona como una estructura de primitivas. Las primitivas son llamadas entrantes o salientes, en cada una de las capas que sirven para solicitar servicios, devolver resultados, confirmar peticiones, etc. (Estas primitivas siguen una estructura, regla sintctica.) 2.1.6. Arquitectura de una red. La arquitectura de una red, es el conjunto organizado de capas y protocolos de la misma. Esta organizacin de la red debe estar suficientemente clara como para que los fabricantes de software/hardware puedan disear sus productos con garanta de que funcionarn en comunicaciones con otros equipos que sigan las mismas reglas. 2.1.7. Los sistemas abiertos. El concepto de sistema abierto fue propuesto por la ISO (International Standard Organization) como el que est compuesto por uno ms ordenadores, el software asociado, los perifricos, los procesos fsicos, los medios de transmisin de informacin, etc., que constituyen un todo autnomo capaz de realizar un tratamiento de la informacin. Ms adelante la OSI (Open Systems Interconnection) lo volvi a definir como un sistema capaz de interconectarse con otros ordenadores de acuerdo con unas normas establecidas. 2.2. EL MODELO ARQUITECTNICO DE CAPAS DE RED.

En un modelo arquitectnico de capas de red, se podr apreciar un conjunto de capas que cumplen las siguientes caractersticas: Dada una capa N, puede solicitar servicios a la capa N-1, del mismo modo que la capa N+1 solo puede solicitar servicios a la capa N. (La primera, la ltima, de las capas es una excepcin, pues no tiene ninguna otra capa a la que solicitar servicios ya que fundamentalmente se encarga de operar con los medios de transmisin).

Entidad de

Capa N+1

Interface N+1/N

Entidad de

Capa N

Interface N/N-1

Entidad de capa

N-1

Entidad de

Capa N+1

Entidad de

Capa N

Entidad de capa

N-1

Interface N+1/N

Interface N/N-1

CAPA N+1

CAPA N

CAPA N-1

COMUNICACION

TRANSMISION

Protocolo N+1

Protocolo N

Protocolo N-1

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Este sistema de capas presenta la caracterstica de que si se cambia algo en la capa N ninguna otra capa se sentir afectada, siempre que se conserven las estructuras de los interfaces N/N-1 y N+1/N. Esta es la gran ventaja de que dicha arquitectura de capas, ya que es muy poco sensible a los cambios tecnolgicos que se pueden producir con la evolucin de las funciones y servicios en las redes. (son ms flexibles)

El proceso de comunicacin se produce entre las capas equivalentes de Host mquinas cualquiera distintas. La informacin y con ella la peticin de servicios, van descendiendo por la estructura de capas de Host emisor hasta que el nivel mas bajo (transmisin fsica), la informacin pasa al Host receptor. A partir de aqu se inicia un viaje ascendente hasta llegar a la capa equivalente en el Host de destino.

El emisor le parece que la comunicacin se ha producido a un nivel alto, se quiere pensar, que ha establecido una comunicacin utilizando unas reglas de alto nivel para enlazar con la capa equivalente, tambin de alto nivel, en el receptor. Aunque realmente sabemos que la comunicacin ha descendido hasta el nivel ms bajo, as tambin distinguimos entre una transmisin y una comunicacin de tal forma que la capa 1 (es la inferior) opera con transmisiones en el nivel fsico, es decir, con algn tipo de seales, el resto de las capas operan con comunicaciones, es decir, seales interpretadas de acuerdo con unas normas protocolarias. 2.3. EL MODELO DE REFERENCIA OSI. 2.3.1. Conceptos previos. Las siglas OSI no son ms que el nombre de un modelo de referencia de una arquitectura de capas para redes de ordenadores y sistemas distribuidos que ha impuesto la ISO como estndar de conexiones de sistemas abiertos. Algunos de los conceptos que aparecen en el modelo OSI son:

- Entidades. Se llaman a estas a los elementos activos que se encuentran en cada una de las capas. Hay entidades software como procesos y entidades hardware como pueden ser chips que se encargan de analizar entradas y salidas de datos. A las entidades de una misma capa y residentes en distintos nodos se les llama entidades pares iguales.

- Punto de acceso a servicio (SAP). Las SAP son los puntos en los que una capa

pueden encontrar disponibles los servicios de la capa inmediatamente inferior.

- La unidad de datos del interface (IDU). Consiste en el bloque informativo que la entidad de la capa n pasa a la entidad correspondiente de la capa n-1, a travs del interface n/n-1.

2.3.2. La estructura de capas en el sistema OSI.

EL modelo de referencia OSI propone una arquitectura de 7 capas o niveles, donde cada una de ellas ha sido diseadas con las siguientes propiedades:

- Cada capa debe tener una funcin perfectamente definida. - Se intentar disminuir el mximo posible el flujo de informacin entre las capas a

travs de los interface.

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- Las capas sern tan numerosas como sea necesario para que dos funciones muy distintas, no tengan que convivir en la misma capa.

Los nombres que reciben las 7 capas que conforman el modelo OSI son los siguientes:

El modelo OSI en realidad no especifica como son los protocolos de comunicaciones con lo cual no es realmente una arquitectura de red, sino que sencillamente nos recomienda como deben actuar las distintas capas. No obstante, la ISO ha recomendado normas para protocolos en cada una de las capas, donde estas normas protocolos concretos que se han especificado, no pertenecen al modelo OSI en s mismo, sino que ms bien pertenecen a normas internacionales independientes llevadas a cabo por organizaciones independientes. 2.3.3. La comunicacin entre capas. EL dialogo entre las diferentes capas se realiza a travs del interface existente entre ellas. Esta comunicacin est normalizada en conformidad de un sistema de llamadas y respuestas que OSI denomina primitivas. De este modo, cada servicio est nominado por un SAP que le identifica nicamente dentro de cada interface y un conjunto de operaciones primitivas al servicio de la capa superior para solicitar los servicios a los que se tienen acceso desde cada SAP. OSI define 4 primitivas fundamentales llamadas:

REQUEST (Solicitud) INDICATION (Indicacin) RESPONSE (Respuesta) CONFIRM (Confirmacin)

- REQUEST: una entidad solicita que un servicio realice un trabajo para ella. - INDICATION: una entidad es informada de que ha ocurrido un evento, por ejemplo,

que otra entidad solicita sus servicios. - RESPONSE: una entidad responde con esta primitiva a un evento producido

anteriormente.

APDU

PPDU

SPDU

TPDU

Paquete

Trama

Bits

Aplicacin

Presentacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace

Fsico

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- CONFIRM: una entidad es informada acerca de una solicitud efectuada anteriormente.

El nombre de cada primitiva fundamental consta de un literal precedido por un punto.

La primitiva de un servicio se construye escribiendo el nombre del servicio o la funcin que desempea seguido por el punto y por la primitiva fundamental.

CONNECT.request CONNECT.indication CONNECT.response CONNECT.confirm

2.3.4. Tipos de servicios definidos en OSI. El sistema OSI se definen dos tipos de servicios claramente diferenciados. Cada uno de ellos produce a la red una funcionalidad concreta. Estos servicios son: 1. Servicios orientados a conexin. Los servicios que requieren el establecimiento inicial de una conexin y la ruptura liberacin final de la misma. En estos servicios los bloques de datos se reciben en el destino, en el orden en que se emitieron en el origen. Adems, todos los paquetes siguen la misma ruta conseguida en el establecimiento de la conexin. Por lo tanto los paquetes de datos no necesitan especificar la direccin de destino.

2. Servicios sin conexin.

Ofrecen la capacidad de comunicacin sin necesidad de realizar una conexin con el destinatario. El emisor enva paquetes de datos el receptor confiando en que la red tendr suficientemente inteligencia como para conducir los datos por las rutas adecuadas. Cada paquete debe llevar la direccin de destino, y en algunos casos el receptor debe enviar al emisor un acuse de recibo para informarle sobre el xito de la comunicacin. Dentro de los servicios sin conexin se puedan clasificar de la siguiente forma: a.- servicio de datagrama sin confirmacin: El emisor no necesita confirmacin por parte del receptor de que los paquetes de datos le llegan correctamente.

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b.- Servicios de datagrama con confirmacin: El receptor enva confirmaciones al emisor. c.- Servicio de peticin y respuesta: Es un servicio propio de gestin interactiva, basado en que a cada peticin le sigue una respuesta. Por ejemplo, a cada peticin de una base de datos le sigue un mensaje de respuesta que contiene los datos solicitados.

Ejemplo: Tiempo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 20

N+1

HOST A

N

N+1

HOST B

N

(1) CONNECT.request (2) CONNECT.indication (3) CONNECT.response (4) CONNECTconfirm (5) DATA.request (desde origen a destino) (6) DATA.indication (en el destino) (7) DATA.request (desde destino a origen) (8) DATA.indication (en el origen) (9) DISCONNECT.request (10) DISCONNECT.indication Significado: (1) La peticin de marcado al n de abonado del destinatario. (2) El telfono del abonado destinatario produce la seal de llamada.

(1)

(2) (3)

(4) (5)

(6) (7)

(8) (9)

(10)

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(3) El destinatario descuelga el telfono. (4) El abonado que origin la llamada, escucha que el telfono destinatario dej de realizar

tonos de llamadas por que alguien lo descolg para atender la llamada. (5) Representa un flujo de datos desde el origen al destino. (6) El destinatario escucha los datos que le llegan por la lnea telefnica. (7) El telfono, como el servicio de telfono es dplex, el destinatario tambin puede emitir sus

mensajes. (8) El Primer abonado escucha en su auricular lo que su destinatario habl por el micrfono. (9) Quien origin la llamada cuelga el telfono. (10) El destinatario escucha que han colgado y tambin cuelga el telfono. Este esquema representa la comunicacin entre las diferentes capas existentes de un protocolo de comunicacin basado en el modelo de referencia OSI. 2.4. LOS NIVELES OSI ORIENTADOS A LA RED.

En la jerarqua OSI los niveles superiores estn ms prximos al usuario, que tiene el nivel de abstraccin mayor. Se dice que estas capas (aplicacin, presentacin y sesin) estn orientadas a la aplicacin o al usuario. Se dice que los niveles inferiores que estn ms prximos a la red (fsico, enlace y red) reciben el nombre de subred. La capa que queda en el nivel intermedio, llamada transporte, no pertenece ni al nivel de aplicacin ni al nivel de subred, se encuentran en un nivel intermedio. 2.4.1. El nivel fsico. Las capa fsica se ocupa de definir las caractersticas mecnicas, elctricas, funcionales y de procedimiento para poder establecer y destruir conexiones entre dos equipos de la red. Es la capa de ms bajo nivel y por tanto se ocupa de la transmisin de los bits. Entre otras funciones debe garantizar la compatibilidad de los conectores, el nmero de cableado, impulsos elctricos... 2.4.2. El nivel de enlace. La principal misin de la capa de enlace es establecer una lnea de comunicacin libre de errores que pueda ser utilizada por la capa inmediatamente superior, la capa de red. Como el nivel fsico opera con bits, sin detenerse en averiguar su significado, la capa de enlace debe funcionar en mensaje de bloques de datos de nivel 2 (tramas). Estas tramas sern enviadas secuencialmente por la lnea de transmisin a travs de los servicios de transmisin que ofrece la capa fsica, y quedar a la escucha de las tramas de confirmacin que generen la capa de enlace del receptor. Por lo tanto, el nivel de enlace se encarga de la deteccin de errores producidos en la recepcin de tramas, eliminarlas y resolicitarlas, descartar tramas repetidas, adecuar la velocidad o flujo de datos entre emisores rpidos y receptores no tan rpidos. 2.4.3. El nivel de red. La capa de red se ocupa del control de la subred, principalmente su funcin es la del encaminamiento/enrrutamiento, es decir, como elegir la ruta ms adecuada para que el bloque de datos de nivel de red (paquetes), para que llegue a su destino donde cada destino estar identificado unvocamente dentro de la subred por una direccin. Otra funcin importante es el tratamiento de la congestin, por ello cuando hay muchos paquetes dentro de la red, estos se obstruyen entre ellos generando cuellos de botella, entonces se encargarn de enviarlos por aquellas lneas donde exista menos congestin.

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Otras de sus funciones es la resolucin de problemas generados por redes heterogneas, es decir, que es en este nivel de red donde se deben resolver los problemas producidos cuando el destinatario de un paquete est en otro tipo de red. 2.4.4. El nivel de transporte. Tiene como objetivo aceptar los datos de la capa de sesin. (SPDU) fraccionarlos adecuadamente de modo que sean aceptables por la subred y asegurarse de que llegarn correctamente al nivel de transporte del destinatario, est o no en la misma red que en la fuente de datos. Proporcionalmente el servicio de transporte abstrayndose del hardware y el software de bajo nivel que utiliza la subred para producir el transporte solicitado. El flujo de transporte puede llegar a multiplexar conexiones distintas para cada solicitud de la capa inmediatamente superior utilizando uno ms puntos de salida para la misma comunicacin, al usuario que se encuentra en una capa de sesin o superior le es transparente la utilizacin de mltiples circuitos fsicos, ya que el lo experimenta como una nica sesin que se ha resuelto como mltiples sesiones de transporte que afectan a la misma o distintas redes. Si tuviramos un equipo o nodo con varias tarjetas de red, con salir a distintas redes, la capa de sesin las vera como una sola red gestionada por la capa de transporte y de forma transparente. 2.4.5. El nivel de sesin. Permite el dialogo entre emisor y receptor estableciendo una sesin que es el nombre que reciben las conexiones en esa capa. La capa de sesin mejora el servicio de la capa de transporte. Por ejemplo, si deseramos transmitir un fichero por la lnea telefnica y que por su excesivo volumen tardar 1 hora en efectuar el transporte, y la lnea telefnica tiene cadas cada 15 minutos sera imposible transmitir el fichero. La capa de sesin se encargara en este caso de la resincronizacin de la transferencia de modo que en la siguiente conexin se transmitiran los datos a partir del ltimo bloque transmitido sin error. En establecimiento de una sesin se pueden diferenciar dos etapas: 1.- El establecimiento de la sesin y creacin de un buzn donde se recibirn los mensajes procedentes de la capa de transporte y de la subred. 2.- El intercambio de datos entre los buzones del emisor y el receptor siguiendo unas reglas para el control del dialogo.

Entre otros ejemplos la capa de sesin determina si la comunicacin ser bidireccional o no, simultneamente, etc. 2.4.6. El nivel de presentacin. Este nivel se ocupa de la sintaxis y semntica de la informacin que se pretende transmitir. Investiga el contenido informativo de los datos. Por ejemplo, Si el emisor utiliza un cdigo ASCII para la representacin de la informacin alfanumrica y el ordenador utiliza el sistema EBCDIC, no habr forma de que se entiendan, salvo que la red disponga de algn servicio de conversin y de interpretacin de datos, est es una prestacin propia de la capa de presentacin. Otra funcin de esta capa puede ser la de comprimir los datos para que la comunicacin sea menos costosa o bien la encriptacin de la informacin para garantizar la privacidad de la misma. 2.4.7. El nivel de aplicacin. Se encuentra en la capa superior de la arquitectura OSI y en esta se definen los protocolos que utilizarn las aplicaciones y los procesos de los usuarios.

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UNIDAD DIDCTICA N 3: REDES DE REA LOCAL

3.1. INTRODUCCIN GENERAL A LAS REDES DE REA LOCAL

Cuando las comunicaciones entre equipos se extienden a una zona geogrfica limitada, se exige una elevada velocidad de transmisin de datos y una tasa de error mnimo, entonces es cuando hablamos de redes de rea local o LAN (Local Area Network).

Una LAN puede incorporar protocolos de mltiples capas, aunque el mayor nmero de protocolos pertenecer siempre a las capas inferiores. Es habitual que una LAN tenga funciones y servicios propios de capas superiores de OSI, pero lo propio de las LAN son las capas inferiores. No todas las LAN pueden encaminar paquetes, sin embargo, si que todas ellas sern capaces de entregar tramas de bits (nivel 2) a la capa fsica (nivel 1) para que sean transmitidas en forma de seales por las lneas de comunicacin. 3.1.1. EL NIVEL FSICO Los medios de transmisin tienen unas caractersticas y unas limitaciones propias de las propiedades del medio con que son construidas. Alguna de las caractersticas de estos medios fsicos son el ancho de banda y el ruido que se pueda producir en un canal, el cual adquiere niveles importantes respecto de la seal provocando dificultades en la interpretacin de dicha seal. 3.1.1.1. EL CAUDAL DE UN CANAL El caudal de un canal representar la mxima capacidad de comunicacin de datos de un canal. El caudal de un canal se puede estudiar considerando la posibilidad de que exista "ruido" o sea un canal ideal sin ruido. a) Caudal en un canal sin ruido.

Matemticamente se ha demostrado que la velocidad mxima de los datos en un canal sin ruido est en funcin del ancho de banda y el nmero de niveles posibles de la seal, representndolo mediante la frmula matemtica: CapMaxCanal = 2Hlog2V donde H representa el ancho de banda del canal y V el nmero de niveles posibles para la seal. (Por ejemplo, un bit equivaldra a un impulso binario en donde puede tomar dos niveles posibles, el 0 y el 1). Cabe observar que a mayor ancho de banda, mayor velocidad de transmisin de datos, y que a mayor nmero de niveles posibles para la seal tambin un mayor caudal observando que el crecimiento en este caso es logartmico. Por ejemplo, en un canal sin ruido de 10 kilohercios en el cual pueden transmitirse seales binarias, se podra transmitir a una velocidad mxima de 2*104 log2 2bps. Sin embargo, si las seales tuviesen 8 estados posibles entonces la velocidad mxima del canal sera de 2*104 log2 8 bps que es aprox. 60.000 bps. Por lo tanto, podramos aumentar el ancho de banda y el mnimo de estados posibles para crear comunicaciones ms rpidas, sin embargo sabemos que por las propiedades fsicas de los elementos, esto es imposible, aunque tambin se puede intentar aumentar el nmero de estados en valores discretos, ser el ruido que se pueda provocar en el canal el que nos limite dichas posibilidades. Por ejemplo, en un medio cuya seal mxima sea de 1'6 voltios podramos construir hasta 8 estados diferentes, cuyos valores seran 0,2; 0,4; 0,6; 0,8; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6. Sin embargo si en este canal sabemos que se produce un ruido en el entorno de 0,2 voltios o ms, no

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seremos capaces de distinguir un nivel de otro con lo cual habr una prdida de informacin. Ejemplo: Caudal mximo: 2 H log2 V H = ancho de banda 2 KHz V = estados posibles 8 Estados 1'6 Voltios -------- 8 estados RUIDO ---------- 4 estados

00 0'2 00 0'4 01 0'4 01 0'8 10 0'6 10 1'2 11 0'8 11 1'6 100 1'0 101 1'2 110 1'4 111 1'6

3.1.1.2. TOPOLOGAS BSICAS La topologa de una red viene definida por la forma o estructura que toma. As pues, una red en topologa de anillo estar construida por un anillo transportador al que se conectan todos los equipos que pertenecen a la red. Los fabricantes organizan sus productos de acuerdo con unas normas previamente establecidas que son los estndares propuestos por ellos mismos o por asociaciones internacionales. Un estndar muy comn en las redes de rea local es el propuesto por la IEEE 802.x. Las diferentes topologas de una red son las siguientes: - Topologa en estrella: En una red con topologa de estrella todos los puestos se conectan a

un nodo central a travs de lneas de transmisin individuales. Bajo esta topologa las comunicaciones no presentan ningn problema, pero tienen el gran inconveniente de que si falla el nodo central de la red, que centraliza todas las comunicaciones entonces no funciona ningn equipo de la red. La figura que la representa es la siguiente:

NODO CENTRAL

- Topologa en anillo: Una red en anillo conecta todos sus equipos en torno a un anillo fsico,

el cual tiene la particularidad de que si el anillo sufre una rotura, generalmente se producira

LINEA INDIVIDUAL DE COMUNICACION

Redes de Area Local


un fallo general en la red. Un ejemplo concreto de red en anillo es la red TOKENG RING que sigue el estndar IEEE 802.5 y cuya figura vendra representada de la forma siguiente:

- Topologa en bus: Los puestos de trabajo de una red en bus se conectan a una lnea de

transmisin (el bus), que recorre la ubicacin fsica de todos los ordenadores. Es un tipo de red muy sencilla de implementar y de funcionamiento, sin embargo es muy sensible a problemas de trfico o a roturas que se puedan producir en los cables. Un ejemplo de red con esta topologa sera la red ETHERNET sobre un cable coaxial y la figura que la representara sera la siguiente:

3.1.1.3. FUNCIONES DEL NIVEL FSICO El nivel fsico define las caractersticas mecnicas, elctricas, funcionales y de procedimiento necesarias para conseguir que las tramas de bits que la capa fsica recibe del nivel de enlace, puedan ser emitidas por los medios de transmisin adecuados en forma de seales. As pues, algunas de estas caractersticas son las siguientes: a) Los medios de transmisin de seal: cables coaxiales, cables de pares, cables de fibra

ptica, ... b) Transmisiones analgicas: a travs de una lnea telefnica utilizando mdems estableciendo

diferentes sistemas de modulacin. c) Transmisiones digitales: a travs de redes digitales. d) Transmisiones es serie o paralelo. e) Transmisiones sncronas o asncronas f) Tipos de conectores que se pueden utilizar (telefnico, RJ45, etc.).

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3.1.2. EL NIVEL DE ENLACE La capa de nivel de enlace asegura una conexin libre de errores entre dos ordenadores de la misma red. Fundamentalmente organiza los bits en forma de tramas y los pasa a la capa fsica para que sean transmitidos al receptor.

Las principales funciones de esta capa son:

a) Como en muchas redes de rea local los canales estn compartidos por muchos nodos, cmo se puede saber que el canal est libre?. Y si lo est, cmo sabe un nodo si se puede o no apropiarse de los recursos de la red?

b) Puesto que los bits deben ser agrupados en tramas, cmo confeccionarlas?. Adems, cmo saber si las tramas recibidas son correctas?.

Cada una de estas funciones da origen a una subcapa, la primera funcin es propia de la subcapa de control de acceso al medio o MAC (Media Access Control), la segunda lo es de la subcapa de control de enlace lgico LLC (Logical Link Control), aunque normalmente toma el nombre de la capa OSI que la incluye: enlace de datos o DLL (Data Link Control).

3.1.2.1. LA SUBCAPA MAC

La subcapa de control de acceso al medio es muy importante en las redes de rea local, ya que la mayora de ellas utiliza un canal comn-canal de acceso mltiple-como base de sus comunicaciones, a diferencia de las redes de rea extendida que suelen utilizar enlaces punto a punto.

La principal funcin de esta subcapa consiste en cmo determinar quin tiene derecho de acceso sobre ese canal compartido por todos los equipos conectados a la misma red. Se establecen cinco posible hiptesis:

Modelo de estacin: formado por N estaciones independientes. Una vez generada la trama, la estacin se bloquea hasta que se haya transmitido con xito.

Hiptesis de un solo canal: en este caso se supone que hay un solo canal que utilizan todas las estaciones, aunque se pueden asignar prioridades a la hora de transmitir

Hiptesis de colisin: si dos estaciones transmiten sendas tramas simultneamente, colisionarn provocando una interferencia. Las tramas tendrn que ser retransmitidas.

Tiempo continuo y tiempo ranurado: en el tiempo continuo, la transmisin de la trama puede empezar en cualquier momento. En el tiempo ranurado, el tiempo de la red se divide en intervalos o ranuras y las estaciones emplean las ranuras a las que tienen derecho para transmitir sus tramas.

Deteccin de portadora: la estacin puede escuchar en el canal si hay o no seal portadora. Si no la hay, podr transmitir, aunque no se garantiza que en el instante en que emite la trama siga estando libre. Si la hay tendr que esperar un tiempo hasta que se desocupe el canal.

Las distintas combinaciones de estas hiptesis proporcionan sistemas distintos de establecimiento de las caractersticas de transmisin. Una vez elegida una solucin concreta, se dice que se ha establecido un sistema de contienda. A continuacin vamos a ver algunos ejemplos:

3.1.2.1.1 EL PROTOCOLO ALOHA

Con Aloha cualquier estacin que tenga datos que transmitir lo hace inmediatamente y esto puede provocar colisiones con otras estaciones que tambin iniciaron la transmisin.

Cuando se produce una colisin (lo que se escucha no es lo que ella puso), las estaciones esperan un tiempo al azar y vuelven a intentar la transmisin de las tramas que colisionaron. De este modo queda establecido un sencillo sistema de contienda.

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3.1.2.1.2 EL PROTOCOLO CSMA p-persistente

Los protocolos CSMA (carrier sense multiple access) permiten el acceso mltiple a un nico canal y averiguan si el canal est libre por deteccin en l de seal portadora.

Los protocolos CSMA llevan asociado un ndice de persistencia P, que es un nmero real comprendido entre 0 y 1 que indica una probabilidad de envo.

Cuando una estacin desea transmitir se pone a la escucha del canal para determinar si est libre o no. Si el canal est libre, puede efectuar la transmisin. En cambio, si est ocupado, deber esperar a que se libere lo que detectar automticamente si permanece a la escucha. Cuando efectivamente se libere, la estacin emitir su trama con probabilidad p. Por ejemplo, si el protocolo fuera 1-persistente, enviar su trama inmediatamente.

Cul es la razn de que algunos CSMA tengan ndices de persistencia menores que la unidad?. Fijmonos que si dos estaciones estuvieran esperando la liberacin del canal a la vez, con un protocolo 1-persistente, las dos iniciaran su transmisin simultneamente, puesto que ambas ven el canal libre a la vez, momento en que se producira la colisin. Si la probabilidad de emisin no es 1 (suceso seguro probabilstico) sino que es menor, entonces la probabilidad de colisin tambin descender, puesto que ser ms improbable que ambas estaciones comiencen sus emisiones en el mismo momento.

Tambin existe un protocolo CSMA no persistente, que consiste en que cuando la estacin de un canal escucha el canal y est ocupado, deja de escuchar y lo vuelve a intentar despus de un tiempo aleatorio

3.1.2.1.3 EL PROTOCOLO CSMA /CD

La tcnica CD (collission detect) del protocolo CSMA implica que las estaciones permanezcan a la escucha mientras transmiten sus tramas. Si reconocen una colisin en el canal, entonces suspenden inmediatamente la transmisin: es intil seguir enviando tramas sabiendo que no se reconocern en el destino. Con esto se ahorra tiempo y ancho de banda del canal.

3.1.2.1.4 PROTOCOLOS SIN COLISION

Es posible la creacin de protocolos carentes de posibilidad de colisin. Imaginemos una red compuesta por cuatro ordenadores, cada uno de ellos est identificado unvocamente por una direccin, aqu supondremos que esta direccin es un nmero; as el primer ordenador lleva el nmero 1, el segundo el 2, etc.

Para establecer la contienda, la red divide su tiempo de contienda en ranuras, una ranura de tiempo para cada estacin conectada a la red, en nuestro caso cuatro. En la red habr estaciones que necesiten transmitir y otras que no. Cada ranura se identifica con un nmero equivalente al de una estacin. As, a la estacin n se le asocia la ranura n.

En la contienda, de duracin cuatro ranuras, cada estacin puede escribir en el canal durante el tiempo que dura la ranura que tiene asociada un bit , indicando as a la red que necesita transmitir, o bien un , para indicar que no. Una vez transcurrido el periodo de contienda se habrn rellenado los bits de contienda correspondientes a todas las estaciones de la red. Solo necesitarn recursos de red aquellas estaciones cuyos representantes en las ranuras de contienda estn a . Inmediatamente despus de la contienda, las estaciones enviarn sus tramas en el mismo orden en que aparecen los en las ranuras de contencin.

Una vez que todas las estaciones que lo solicitaron han efectuado sus transmisiones, se genera un nuevo periodo ranurado de contienda y se vuelve a repetir el proceso. A esta tecnologa que proporciona un acceso mltiple sin colisin se le llama mtodo bsico del mapa de bits.

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4 ranuras de contencin

4 ranuras de contencin

1 2 3 4 1 2 3 4

0 1 1 0 Trama

2

Trama

3

1 1 0 0 Trama

1

Trama

2

Tiempo de contienda Tiempo de transmisin Tiempo de contienda Tiempo de transmisin

3.1.2.2. LA SUBCAPA SUPERIOR DEL NIVEL DE ENLACE

La principal funcin de esta subcapa es garantizar, en colaboracin con la subcapa MAC, la comunicacin libre de errores de las tramas construidas con la informacin recibida del nivel de red.

3.1.2.2.1. SERVICIOS DE LA CAPA DE ENLACE

Existen tres tipos de servicios: Servicios sin conexin y sin confirmacin. Enva tramas sin esperar confirmacin del

destino. Si se produce algn error, la responsabilidad de corregirlo estar en las capas superiores. Es un servicio propio de redes con una tasa de error muy baja y con aplicaciones en tiempo real, puesto que la comunicacin es muy rpida.

Servicio sin conexin y con confirmacin. No se establece conexin entre emisor y receptor, pero por cada trama transmitida por el emisor se espera una trama de confirmacin procedente del receptor. Si la confirmacin no llegara en un tiempo determinado o se confirma que la transmisin fue errnea, se retransmite la trama.

Servicio con conexin. Antes de producir el intercambio de tramas, que sern numeradas, se establece una conexin entre emisor y receptor.

Tanto en esta capa como en todas las dems, los servicios son invocados a travs de primitivas.

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3.1.2.2.2. CONFECCIN DE LAS TRAMAS

Las unidades de datos (PDU) de nivel 2 se llaman tramas. La capa de enlace debe proporcionar un flujo de bit a la capa fsica para que sta los transmita una vez convertidos en las seales adecuadas al canal de transmisin. Las tcnicas de asociacin por la que los bits se agrupan formando tramas se llaman tcnicas de entramado o framing.

La primera funcin de entramado de la capa DLL es delimitar perfectamente dnde empiezan y acaban las tramas. En segundo lugar, habr que averiguar si se produjeron errores en la transmisin de los bits.

Mtodos para delimitar las tramas:

Cmputo de caracteres transmitidos segn un cdigo de transmisin. Cada trama incorpora un campo inicial en donde se escribe el nmero de caracteres que componen la trama, es decir, su longitud, permitindose, por tanto, tramas de longitud variable. El receptor, al leer la informacin, lee primero el campo de longitud de trama y as averigua cuantos caracteres vienen detrs.

Tcnica de insercin de carcter y caracteres delimitadores. Cada trama comienza y termina con un carcter o conjunto de caracteres especiales, normalmente los caracteres ASCII para el inicio (dala link escape y start of text) y para el final. Cuando la informacin contenida en la trama posee algn carcter , este se puede confundir con un inicio de trama. Par evitarlo se escribe , es decir se inserta un carcter . A esta tcnica se le conoce como insercin de carcter o stuffing de carcter.

Tcnica de insercin de bit y banderas delimitadoras. Las banderas o flags son secuencias de bits a modo de patrones que delimitan las tramas. Una bandera muy comn es la secuencia . Con ella se quiere significar que cuando lleguen seis unos seguidos, y solo seis (delimitados ambos por cero), llega el final o el inicio de una trama. Pero que suceder cuando la informacin de trama tenga tambin seis unos seguidos en estas mismas condiciones. El cdigo empleado utiliza una tcnica de insercin de bit o bit stuffing, que inserta un despus del quinto bit a 1 (tanto si despus venia un cero como si venia un 1), por ejemplo, si en la parte de datos se tiene que enviar la siguiente informacin:

0101001011111100101111111101

se enviara lo siguiente:

010100101111101001011111011101

Si se quisiera enviar la siguiente informacin,

01010010111110101

se enviara:

010100101111100101

3.1.2.2.3. CONTROL DE ERRORES

Lo normal en las redes de rea local es enviar al emisor alguna informacin de retroalimentacin o feedback en donde se especifique el estado en que lleg la trama.

Si un protocolo de comunicaciones tiene prevista la recepcin de una trama de confirmacin y no llega, podra suspender la emisin de nuevas tramas por tiempo indefinido. Esto sucedera si se produjera, por ejemplo, la ruptura del enlace de la lnea de datos si se pierde la confirmacin., si el receptor no est en lnea, etc.

Para estos casos est previsto un sistema de temporizadores. Cuando el emisor enva una trama, dispara un temporizador. Si cuando caduca el temporizador no se ha recibido la confirmacin, entonces se entiende que la trama no pudo llegar o llegar mal al destino y se produce la retransmisin.

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Si lo que se perdi fue la confirmacin, entonces hay posibilidades de que el receptor reciba varias veces la misma trama. Para poder gestionar esta multiplicidad de la misma trama, lo que se hace es numerar las tramas en el emisor. De este modo el receptor las identificar como copias de la misma informacin y no almacenar informacin redundante, filtrar las duplicidades y as se harn imperceptibles a las capas superiores.

3.1.2.2.4. CONTROL DE FLUJO

El control de flujo es la solucin ms simple al problema que se genera cuando las velocidades de transmisin o de aceptacin de datos del emisor y receptor son diferentes. Normalmente, las tcnicas de control de flujo necesitan informacin de feedback intercambiable entre emisor y receptor. Lo ms comn es que no se transmitan tramas al receptor hasta que ste no haya dado su permiso para que le sean transmitidas, y, cuando lo hace, expresa cuntas tramas est dispuesto a recibir hasta que se conceda un nuevo permiso.

3.1.2.2.5. GESTIN DEL ENLACE DE DATOS

En las redes de rea local, lo ms comn es que todas las estaciones sean iguales desde el punto de vista de la funcionalidad en el nivel de enlace, es decir, todos los nodos de la red tienen los mismos derechos de transmisin, establecindose la competicin en los trminos de los sistemas de contienda que se han estudiado anteriormente.

3.1.2.2.6. PROTOCOLOS DE LA CAPA DE ENLACE

El nmero de protocolos de la capa de nivel de enlace es enorme y adems crece continuamente. Algunos de los protocolos ms conocidos son el HDLC de OSI, y especialmente en las redes de rea local los que siguen lo norma IEEE 802 en sus mltiples variedades.

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UNIDAD DIDCTICA N 4: LA FAMILIA DE PROTOCOLOS TCP/IP

Debido al gran auge de los protocolos TCP/IP dentro de Internet, estos mismos protocolos se estn implantando para utilizar las mismas tecnologas de Intranet dentro de redes de rea local formando as las Intranets. El TCP/IP est compuesto pues del protocolo IP (Internet Protocol) y el protocolo TCP (Protocolo de Control de Transmisin). Aunque la pila de protocolos TCP/IP no es una arquitectura de red tipo OSI, si se pueden asociar como que IP pertenecera a un nivel de red y TCP a un nivel de transporte. 4.1. IP PROTOCOLO

Es el protocolo de nivel de red utilizado inicialmente por Aparnet, que era el sistema de comunicaciones que tradicionalmente han utilizado los sistemas UNIX. IP es un protocolo sin conexin, por tanto, por si mismo carece de seguridad en la entrega de paquetes. En una comunicacin que utiliza IP para transferir paquetes ser necesaria una seguridad, la cual deber ser proporcionada por otro protocolo de capa superior (TCP). La idea inicial del diseo para IP fue la confeccin de un protocolo capaz de conducir paquetes a travs de distintas redes interconectadas, por tanto, es un protocolo especialmente preparado para que sus paquetes sean encaminados (utilizando rutters) entre las distintas subredes que componen una red global. Tal es la transferencia de datos a travs de Internet. El protocolo IP acepta bloques de datos procedentes de la capa de transporte de hasta 64 kb. Cada bloque debe ser transferido a travs de la red. Para ello la capa de red debe fraccionar los datagramas en un conjunto de paquetes IP que tendrn que ser ensamblados en el destino para que el mensaje sea reconstruido. Al ser IP un protocolo sin conexin, cada paquete puede seguir una ruta distinta a travs de Intranet, el protocolo de la capa superior TCP se deber encargar de la reconstruccin del control de errores. Un paquete IP constar de una cabecera y un campo de datos. La cabecera tiene una longitud variable y se compone de una parte fija de 20 bytes y un resto variable, lo que convierte a IP en un protocolo multiflexible. Algunos de los campos que componen una cabecera de IP son: - Versin: hace una codificacin de la versin de IP. - IHL: representa la longitud de la cabecera. - Tipo de servicio: define el tipo de servicio que se requiere para la transmisin del paquete. - Longitud Total: Contiene la longitud total del datagrama (cabecera+datos), sabiendo que la

longitud mxima es de 64 KB.

Aplicacin

Presentacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace

Fsico

Aplicacin

TCP

IP

Interface de

red

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- Tiempo de vida: Contador que determina la vida que le queda a cada paquete en su existencia en la red.

- Protocolo: Indica el protocolo de transporte que ha generado el datagrama TCP u otros. - Direccin fuente: Codificacin de la direccin original del HOST que origina el paquete. - Destino: Direccin del HOST destinatario. 4.2. EL SISTEMA DE DIRECCIONAMIENTO IP

Como IP es un protocolo pensado para interconexin de subredes, cada direccin IP codifica una red, y un HOST dentro de la misma. Atendiendo a los primeros bits de cada direccin se puede averiguar el tipo de subred de que se trata (en cuanto a su volumen). Los bits restantes codifican el HOST que se trata dentro de la subred.

Existen tres tipos de subredes: - Redes de clase A: el primer bit de los 32 que tiene cada direccin es un 0. Los siete

siguientes codifican la subred y los 24 restantes la identificacin del HOST dentro de esa subred. Los valores posibles dentro de la subred varan entre 1 y 126 que coinciden con el primer byte de la direccin, es decir, hay 126 subredes posibles de tipo A y cada una puede contener 17.777.214 HOSTS distintos. Por lo tanto se suele utilizar para subredes grandes.

- Redes de clase B: los primeros bits de la direccin son 10. Los 14 siguientes modifican la subred, desde 128 a 191. Para el primer byte de la direccin son posibles 16.384 subredes de tipo B. Cada una de estas subredes puede contener 64.534 HOSTS distintos, que son los codificados por 216-1.

- Redes de clase C: los tres primeros bits tienen el valor 110. Los 21 siguientes codifican la subred y los 8 restantes el HOST dentro de la subred. El primer byte de la direccin de una subred de clase C tiene un valor entre 192 y 223. Es posible codificar 2.097.151 subredes y 254 HOSTS distintos dentro de cada subred.

Cuando un campo de otra direccin IP empieza por la secuencia 1110 se entiende que los 28

bits restantes codifican una direccin de multidifusin, es decir, una direccin especial en la que no hay un nico destinatario. Las direcciones que empiezan por 1111 se reservan para protocolos especiales como los de administracin de grupos de Internet. Tambin el valor 127 para el primer byte queda reservado para pruebas de comunicacin en una misma mquina. 4.3. MSCARA DE UNA SUBRED

Una mscara de una subred es una secuencia de 32 bits que sirve para distinguir con facilidad que parte de una direccin IP codifica la subred y que parte el HOST. Este elemento se construye poniendo a 1 los bits que pertenecen a la subred y a 0 a los que pertenecen al HOST. Este modo de asignacin permite los distintos tipos de subred. Una red de clase A vendra determinada por la mscara 8(1) 8(0) 8(0) 8(0). Una subred de tipo B tendra una mscara 8(1) 8(1) 8(0) 8(0) es decir 255.255.0.0. La subred de tipo C tendra una mscara 8(1) 8(1) 8(1) 8(0) es decir 255.255.255.0.

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UNIDAD DIDCTICA N 5: ARQUITECTURA TCP/IP

5.1. INTRODUCCIN. Partiendo de referencia el modelo de OSI, el cual propone una arquitectura de 7 capas o niveles, veamos en forma de resumen cuales son las principales funciones de cada capa. 5.1.1. La capa fsica. La principal funcin de esta capa en la de enviar bits y recibir bits, utilizando para ello normalmente transacciones de estados (cambios de alto a bajo voltaje y viceversa). 5.1.2. La capa de enlace de datos La capa de enlace de datos es responsable de proporcionar la comunicacin nodo a nodo en una misma red de rea local. Para ello, la capa de enlace de datos debe realizar dos funciones. Debe proporcionar un mecanismo de direcciones que permita entregar los mensajes en los nodos correctos y debe traducir los mensajes de las capas superiores en bits que puedan ser transmitidos por la capa fsica. 5.1.3. La capa de red Las redes ms pequeas consisten en una sola red de rea local, pero la mayora de las redes deben subdividirse. Una red que consta de varios segmentos de red suele denominarse interred. Las subdivisiones de una interred pueden planificarse para reducir el trfico de los segmentos o para aislar las redes remotas conectadas a travs de medios de comunicacin ms lentos. Cuando las redes se subdividen, no es posible dar por sentado que los mensajes se entregan en la red de rea local. Es necesario recurrir a un mecanismo que dirija los mensajes de una red a otra. Para entregar mensajes en una interred, cada red debe estar identificada de manera nica por una direccin de red. Al recibir un mensaje de las capas superiores, la capa de red aade una cabecera al mensaje que incluye las direcciones de red de origen y destino. Esta combinacin de datos sumada a la capa de red se denomina paquete. La informacin de la direccin de red se utiliza para entregar el mensaje a la red correcta. A continuacin la capa de enlace de datos puede utilizar la direccin del nodo para realizar la entrega del mensaje. El proceso de hacer llegar los paquetes a la red correcta se denomina encaminamiento, y los dispositivos que encaminan los paquetes se denominan encaminadores. Por ejemplo, un encaminador puede enlazar una red Ethernet a una red token ring. Los encaminadores tambin se utilizan frecuentemente para conectar una red de rea local, por ejemplo Ethernet, a una red de rea extensa, por ejemplo ATM. NOTA: los encaminadores en terminologa TCP/IP reciben el nombre de gateways.

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5.1.4. La capa de transporte. Todas las tecnologas de red establecen un tamao mximo para los marcos que pueden ser enviados a travs de la red. Por ejemplo, Ethernet limita el tamao del campo de datos a 1.500 bytes. Este lmite es necesario por varias razones:

Los marcos de tamao reducido mejoran el rendimiento. Al utilizar marcos pequeos, es necesario volver a transmitir menos datos cuando

se produce un error.

Una de las responsabilidades de la capa de transporte consiste en dividir los mensajes

en fragmentos que coincidan con el lmite del tamao de la red. Cuando un mensaje se divide en varios fragmentos, aumenta la posibilidad de que los segmentos no se reciban en el orden correcto. En la figura siguiente se ilustra el modo en que la red puede encaminar los paquetes en distinto orden a medida que los encaminadores intentan enviar cada paquete siguiendo la ruta disponible ms eficiente. Al recibir los paquetes, la capa de transporte debe recomponer el mensaje reensamblando los fragmentos en el orden correcto, por ello, la capa de transporte incluye un nmero de secuencia.

La identificacin de mensajes de distintos procesos para posibilitar su transmisin a travs de un mismo medio de la red se denomina multiplexin. El procedimiento de

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recuperacin de mensajes y de su encaminamiento a los procesos adecuados se denomina demultiplexin.

Es preciso examinar otra de las competencias de la capa de transporte. Aunque las

capas de enlace de datos y de red pueden encargarse de detectar errores en los datos transmitidos, esta responsabilidad suele recaer sobre la capa de transporte. La capa de transporte puede realizar dos tipos de deteccin de errores:

Entrega fiable. Entrega fiable no significa que los errores no puedan ocurrir, sino que los errores se detectan cuando ocurren. La recuperacin puede consistir nicamente en notificar el error a los procesos de las capas superiores. Sin embargo, la capa de transporte suele solicitar que el paquete errneo se transmita nuevamente.

Entrega no fiable. No significa que los errores puedan producirse, sino que la capa de transporte no los verifica. Dado que la comprobacin requiere cierto tiempo y reduce el rendimiento de la red, es frecuente que se utilice la entrega no fiable cuando se confa en el funcionamiento de la red. La entrega no fiable es aconsejable en al menos dos situaciones: cuando la red es

altamente fiable y es necesario optimizar su rendimiento. 5.1.5. La capa de sesin.

El control de los dilogos entre distintos nodos es competencia de la capa de sesin. Un dilogo es una conversacin formal en la que dos nodos acuerdan un intercambio de datos. La comunicacin puede producirse en tres modos de dilogo:

Simplex. Semidplex. Dplex total.

Las sesiones permiten que los nodos se comuniquen de manera organizada. Cada sesin tiene tres fases:

Establecimiento de la conexin. Transferencia de datos. Liberacin de la conexin. Las sesiones con conexin son aconsejables cuando la comunicacin es compleja, por

ejemplo cuando se realice una transmisin de una gran cantidad de datos de un nodo a otro.

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En las sesiones sin conexin, el nodo emisor se limita a transmitir los datos dando por sentado que el receptor est disponible.

5.1.6. La capa de presentacin.

En esta capa se solucionan problemas como cuando el emisor transmite datos en EBCEDIC a otra computadora que utiliza ASCII.

Tambin se encarga de la encriptacin/desencriptacin y compresin/descompresin de datos.

5.1.7. La capa de aplicacin.

La capa de aplicacin proporciona los servicios utilizados por las aplicaciones para que los usuarios se comuniquen a travs de la red. Por ejemplo, alguno de sus servicios son:

Transporte de correo electrnico. Gran variedad de aplicaciones pueden utilizar un protocolo para gestionar el correo electrnico. Los diseadores de aplicaciones que recurren al correo electrnico no necesitan desarrollar sus propios programas para gestionar correo.

Acceso a archivos remotos. Ejecucin de tareas remotas. Directorios. Administracin de la red.

NOTA: Es frecuente encontrar el trmino interfaz de programa de aplicacin (API) asociado a los servicios de la capa de aplicacin. Un API es un conjunto de reglas que permiten que las aplicaciones escritas por los usuarios puedan acceder a los servicios de un sistema de software. Los diseadores de programas y protocolos suelen proporcionar varias API para que los programadores puedan adaptar fcilmente sus aplicaciones y utilizar los servicios disponibles en sus productos. Microsoft lo ha implementado denominndolo Windows Sockets.

5.2. El modelo Internet.

El modelo de internet est compuesto por cuatro capas. La correspondencia con las siete capas de OSI es la siguiente.

En una red de rea local, se utilizan direcciones fsicas para realizar la entrega de los datos. La capa de interred corresponde a la capa de red de OSI y se encarga de encaminar los mensajes a travs de las interredes. Los dispositivos de encaminamiento se denominan gateways en terminologa TCP/IP, aunque el uso del trmino encaminador va en aumento. El protocolo TCP/IP de esta capa es el protocolo de interred (IP). Adems de las direcciones fsicas utilizadas en la capa de acceso a la red, el protocolo IP implementa un sistema de direcciones

Aplicacin

Presentacin

Sesin

Transporte

Red

Enlace

Fsico

Proceso

/Aplicacin

Host a host

Interred

Acceso a la red

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lgicas de hosts denominadas direcciones IP. La capa de interred y las superiores utilizan direcciones IP para identificar los dispositivos y para realizar el encaminamiento entre las redes. El protocolo de resolucin de direcciones (ARP) permite que IP identifique la direccin fsica correspondiente a una direccin IP.

La capa de host a host es muy similar a la capa de transporte de OSI y se encarga de la integridad de los datos de punto a punto. Esta capa utiliza dos protocolos: protocolo de control de transmisin (TCP) y protocolo de datagramas de usuario (UDP). TCP proporciona fiabilidad en las conexiones de tipo dplex total y seguridad en el servicio manteniendo la presencia de los datos cuando se produce un error. Adems TCP permite que los hosts puedan mantener varias conexiones simultneas. UDP proporciona un servicio no fiable (datagramas) que mejora el rendimiento de la red cuando no se requiere correccin de errores en la capa de host a host.

La capa de proceso/aplicacin abarca las funciones de tres capas del modelo de referencia OSI: sesin, presentacin y aplicacin. No resulta extrao que esta capa del modelo incluya una gran variedad de protocolos. Por ejemplo:

FTP (File transfer protocol). Realizar transferencia de archivos. Telnet. Permite que los usuarios ejecuten sesiones de terminal con host remotos. SMTP (Simple Mail Transfer Protocol). Implementa servicios bsicos de entrega de

mensajes.

NFS (Network File System). Montar unidades en hosts remotos y operar sobre ellas como si fueran locales.

Algunas de estas aplicaciones engloban funciones de varias capas del modelo de referencia OSI. Por ejemplo, NFS permite que los hosts mantengan una sesin, definen una representacin de los datos (capa de presentacin) e implementa un sistema de archivos de red (capa de aplicacin).

5.3. Transferencia de datos a travs de interredes. 5.3.1. Multiplexin.

Las LAN funcionan normalmente en modo de banda base, lo que significa que un cable transporta una nica seal en un momento dado. Los dispositivos de la LAN deben turnarse para utilizar el medio. Este mtodo es aceptable para las LAN debido a que los medios empleados ofrecen un alto rendimiento a bajo coste.

La instalacin y el mantenimiento de los medios para comunicaciones de datos a larga distancia resultan costosos y resultaran deficientes si cada ruta slo pudiera admitir una corriente de datos.

Las WAN (redes de rea extendida) tienden a utilizar medios de banda ancha que son capaces de admitir dos o ms corrientes de datos.

La tcnica denominada multiplexin permite que varias corrientes de datos compartan un mismo medio de alto ancho de banda base. En la figura siguiente se ilustra un mtodo de multiplexin de seales digitales. La capacidad portadora de seales del medio se divide en intervalos de tiempo asignando un intervalo a cada seal. Esta tcnica se denomina multiplexin por divisin de tiempos (TDM).

La TDM puede resultar ineficiente. Si termina una corriente de datos, sus intervalos de tiempo quedan inutilizados y el ancho de banda no se aprovecha plenamente. Otra tcnica ms avanzada denominada multiplexin por divisin estadstica de tiempos (stat-TDM), tambin utiliza intervalos de tiempo, pero algunas corrientes reservan ms intervalos a unas que a otras. Un canal sin actividad no dispone de ningn intervalo. Vanse las figuras siguientes:

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5.3.2. Conmutacin de circuitos.

Cuando dos dispositivos negocian el principio de un dilogo, establecen una ruta (denominada circuito) a travs de la red, as como un ancho de banda dedicado en el circuito. Este enfoque es similar a una conexin telefnica en la que se establece un circuito de voz para que dos terminales puedan comunicarse.

5.3.3. Conmutacin de paquetes.

La conmutacin de paquetes utiliza un enfoque distinto, y generalmente ms eficiente, para conmutar datos a travs de una red.

En la siguiente figura, los mensajes se parten en secciones, denominadas paquetes, que se encaminan por separado a travs de la red. El dispositivo receptor reensambla los paquetes para construir el mensaje completo. La divisin en paquetes impide que un mensaje largo monopolice la red.

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5.3.4. Encaminar

Los dispositivos que se basan en las direcciones de red para enviar datos se denominan encaminadores. En TCP/IP, el encaminamiento es una funcin de la capa de red.

Supongamos el siguiente ejemplo:

La cuenta de saltos indica el nmero de redes que se deben de atravesar entre dos nodos terminales

A-B-C-E (5 saltos) A-E (3 saltos) A-D-E (4 saltos)

Vase en la siguiente figura:

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Segn este mtodo, la ruta ms eficiente es A-E si se parte de la base de que todos los tramos que unen los encaminadores ofrecen el mismo nivel de servicio. No sera adecuado utilizar un algoritmo de cuenta de saltos si las lneas A-D y D-E fueran de 1,5 Mbps mientras que la lnea A-E fuera de 56 Kbps.

El encaminamiento trabaja sobre la capa de red. Cuando los datos llegan a la capa, han desaparecido todas las pistas de la red fsica. Por tanto, las dos pilas de protocolos del encaminador de la figura pueden compartir el mismo protocolo de la capa de red. La capa de red es ajena al hecho de que la red sea Ethernet o Token Ring. Por consiguiente, los encaminadores, tienen la capacidad de dirigir el trfico entre distintos tipos de redes. Gracias a esta capacidad, los encaminadores suelen utilizarse para conectar redes LAN a redes WAN.

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UNIDAD DIDCTICA N 6: LA CAPA DE ACCESO A LA RED

6.1. INTRODUCCIN. El funcionamiento de Ethernet es idntico a las funciones descritas en temas anteriores.

6.2. Marcos Ethernet II La estructura de un marco (trama) de Ethernet II es el siguiente:

Prembulo

8 octetos

Direccin de destino

6 octetos

Direccin de origen

6 octetos

Tipo

2 octetos

Datos

46-1500 octetos

FCS

4 octetos

El prembulo indica el inicio del marco, y comienza con siete octetos (10101010) y un octavo octeto (10101011). El prembulo no cuenta para determinar la longitud del marco.

Tanto la direccin de destino como la direccin de origen constan de 48 bits (6 octetos). Cada nodo de la red est identificado por una direccin nica de 48 bits.

El campo tipo (tambin denominado EtherType) tiene una longitud de 16 bits (dos octetos) que indican el tipo de datos del campo de datos.

EtherType (decimal) EtherType(hexadecimal) Tipo de datos 2048 0800 Internet IP (Ipv4) 2053 0805 X.25 Level 3 2054 0806 ARP 24579 6003 DEC DECNET 33079 8137-8138 Novel Inc.

El campo FCS (secuencia de verificacin del marco) es un cdigo de 32 bits que permite que el nodo receptor determine si el marco ha sido alterado por algn error durante la transmisin.

Un sencillo mecanismo realiza la entrega de marcos Ethernet. El nodo emisor incluye en la direccin Ethernet del nodo de destino en el marco. El marco se transmite al medio de la red y cada nodo lo examina. Cada uno de los nodos descodifica el campo direccin de destino del marco. Si la direccin del marco coincide con la del nodo, el marco se recibe. En caso contrario, el marco se descarta.

Para que este mecanismo pueda funciona, el nodo emisor debe ser capaz de determinar la direccin Ethernet del nodo de destino.

6.3. Direcciones de los nodos Ethernet II Las direcciones de los nodos Ethernet II constan de 48 bits organizados en tres campos

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Bit P/M Cdigo de fabricante (23 bits) Direccin administrada globalmente (24 bits)

Las direcciones Ethernet de 48 bits se organizan en seis octetos o seis grupos de ocho bits. Muchas normas LAN utilizan el trmino octeto en lugar de byte para hacer referencia a 8 bits. Los valores de los octetos suelen representarse en notacin hexadecimal. Las parejas de dgitos suelen separarse por puntos, espacios, dos puntos o guiones. Un ejemplo de direccin Ethernet en notacin hexadecimal sera 08-00-09-3A-20-1B.

El bit 47 (el de mayor orden) es el bit P/M (Physical/Multicast) que indica si la direccin es fsica o de multidifusin. Si su valor es 0, la direccin especifica la direccin fsica de un dispositivo de la red. Si el bit es 1, la direccin es una direccin de multidifusin que identifica un grupo de dispositivos. Las multidifusiones son mensajes que se envan a grupos predefinidos de nodos, en oposicin a los mensajes de difusin, que se envan a todos los nodos de una red de rea local.

El resto de los tres primeros octetos compone el cdigo del fabricante. Cada fabricante dispone de un cdigo nico asignado antiguamente por Xerox y, en la actualidad, por el IEEE. Este sistema asegura que cada dispositivo Ethernet fabricado disponga de una direccin fsica nica en todo el mundo. Estas direcciones se denominan direcciones fsicas o direcciones administradas globalmente, ya que son administradas a nivel formal por el IEEE y antiguamente por Xerox.

La tabla siguiente enumera algunos de los cdigos de fabricante Ethernet.

Identificacin del fabricante Fabricante 0080C2 Comit IEEE 802.1 00AA00 Intel 080008 BBN 080009 Hewlett-Packard 080014 Novell 080020 Sun 08002B DEC 080056 Stanford University 08005A IBM 080069 Silicon Graphics

El valor de los tres octetos restantes queda determinado por el fabricante del dispositivo Ethernet. Dado que cada fabricante dispone de un cdigo nico y que asigna cdigos distintos a cada uno de los dispositivos que produce, el cdigo completo de cada dispositivo Ethernet es nico.

Por lo tanto las tres categoras de direcciones Ethernet son:

Direcciones fsicas (administradas globalmente). identificadas por un valor 0 en el primer bit (bit 47). Los nodos con la direccin especificada sern los nicos en recibir el mensaje.

Direcciones de multidifusin. Identificadas por un valor 1 en el primer bit (bit 47). La implementacin de la red define los dispositivos que reciben un mensaje enviado a una direccin de multidifusin.

Direcciones de difusin. Todos los bits tienen el valor 1. La notacin hexadecimal es FF:FF:FF:FF:FF:FF. Todos los nodos reciben un mensaje cuyo campo de direccin de destino contenga la direccin de multidifusin.

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UNIDAD DIDCTICA N 7: LA CAPA DE INTERRED

7.1. INTRODUCCIN.

La capa de interred se encarga de la distribucin de los datos a travs de una interred. IP (protocolo Internet) es el protocolo principal de esta capa y asume la mayor cuota de responsabilidad.

IP es un protocolo requerido por Internet que ofrece las siguientes funciones principales:

Direccionamiento Fragmentacin y reensamblaje de datagramas Entrega de datagramas a travs de la interred.

7.2. DIRECCIONAMIENTO DE IP.

La identificacin de un nodo en una interred requiere el uso de dos porciones de informacin: la red especfica a la que est conectado el nodo y la identificacin del nodo en esa red.

Los protocolos de las capas superiores de TCP/IP no utilizan directamente las direcciones del hardware de la red. En su lugar, se decidi utilizar un sistema de direcciones lgicas para identificar los hosts (host es el nombre oficial de una estacin terminal de una red TCP/IP) Las identificaciones lgicas, denominadas direcciones IP, ofrecen varias ventajas. El encaminamiento se simplifica gracias a que la informacin de una direccin de red se codifica en la direccin IP. Adems, las direcciones lgicas permiten que TCP/IP sea resistente a los cambios en el hardware de la red: si se cambia la tarjeta adaptadora de red, su direccin fsica es distinta. Aunque cambie por completo la tecnologa de una red, si un dispositivo permanece en la misma red, la direccin IP utilizada por los protocolos de las capas superiores puede ser la misma.

Agradecer esta estabilidad cuando configure hosts TCP/IP, ya que la configuracin de un host incluye informacin acerca de otros hosts en forma de direcciones IP. Por ejemplo, cada host se configura con una gateway predeterminada. Si cambia la direccin de la gateway debido a una actualizacin del hardware, sera necesario volver a configurar cada host de la red manualmente. El esquema de direcciones IP simplifica considerablemente la configuracin de la red.

Esta caracterstica es particularmente importante en Internet, ya que los usuarios y las aplicaciones acceden con frecuencia a otros hosts de la red. Resultara muy complicado informar constantemente a los usuarios de los cambios de direcciones. El servicio de nombres de dominio (DNS-Domain Name Service) reduce la gravedad de este problema permitiendo que los usuarios identifiquen los hosts mediante nombre en lugar de nmeros.

Inicialmente, los nombres de los hosts y sus direcciones IP se guardaban manualmente en archivos de texto. El flujo constante de nuevas direcciones habra hecho imposible la administracin de la red.

Tradicionalmente, los encaminadores se denominan gateways en las redes TCP/IP. El uso de este trmino ha decado gradualmente, y los ltimos RFC utilizan el trmino encaminador que se emplea en este captulo. Los encaminadores predeterminados siguen recibiendo el nombre de gateways predeterminadas, por tanto, en los apuntes se emplea este trmino.

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7.3. FORMATO DE UNA DIRECCION IP.

Las direcciones IP tienen una longitud de 32 bits y constan de dos campos:

Un campo identificador de red (netid) identifica la red a la que est conectado el host.

Un campo identificador de host (hostid) asigna un identificador nico a cada host de una red especfica.

En terminologa TCP/IP. Una red consiste en un grupo de hosts que pueden comunicarse directamente sin utilizar un encaminador. Todos los hosts TCP/IP que componen una misma red deben tener asignado el mismo identificador de red. Los hosts con distintos identificadores de red deben comunicarse a travs de un encaminador.

Una interred TCP/IP es una red de redes interconectadas a travs de encaminadores. Cada una de las redes de una interred debe disponer de un identificador de red nico.

7.3.1. Clases de direcciones.

Cuando se cre el esquema de direcciones IP, se parti de la base de que existiran los siguientes tipos de redes:

Una pequea cantidad de redes compuestas por un nmero muy elevado de hosts. Una cantidad moderada de redes compuestas por un nmero intermedio de hosts. Una gran cantidad de redes compuestas por un pequeo nmero de hosts. Por consiguiente, se tom la decisin de definir clases de direcciones IP adaptadas a

estas situaciones.

Las direcciones de clase A comienzan por un bit 0. El primer octeto de la direccin IP comprende el identificador de red y los tres octetos restantes son el identificador del host.

Las direcciones de clase B comienzan por los bits 10. Los dos primeros octetos componen el identificador de red, los dos restantes son el identificador del host.

Las direcciones de clase C comienzan por los bits 110. Los tres primeros octetos se dedican al identificador de red y slo se dispone de un octeto para el identificador del host.

Las direcciones de clase D comienzan por los bits 1110. Estas direcciones se utilizan para las multidifusiones.

Las direcciones de clase E comienzan por los bits 11110. Su uso es experimental

Veamos figura siguiente, que representa grficamente lo mencionado:

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7.3.2. Registro de direcciones de Internet.

Todas las redes que se conectan a Internet deben configurarse con direcciones IP asignadas por InterNIC. Network Solutions es la organizacin encargada de gestionar el servicio de registro de direcciones.

Actualmente, las direcciones de clase C son las nicas disponibles. Las direcciones de clase A se agotaron tiempo atrs. Las pocas direcciones de clase B que quedan disponibles estn reservadas para los pesos pesados de la industria. Por desgracia, el nmero de direcciones disponibles de clase C est disminuyendo.

En la actualidad se trabaja sobre la versin 6 de IP, tambin denominada siguiente generacin de IP (IPNG IP Next Generation). Uno de los principales impulsos de IPNG reside en la necesidad de aliviar la crisis actual de direcciones.

NOTA: Si utilizamos los servicios de un proveedor para conectarse a Internet, ste deber proporcionarnos sus direcciones IP. Los proveedores disponen de bloques de direcciones para tal efecto.

7.3.3. Notacin decimal con puntos.

Las personas no podran leer ni recordar las direcciones de 32 bits. Por este motivo, se ha acordado la representacin de cada octeto en forma de nmero decimal entre 0 y 255. Observemos la siguiente direccin:

11000001 00001010 00011110 00000010

La expresin decimal con puntos de esta direccin sera 193.10.30.2. Por convenio, cuando los campos identificadores de red tienen el valor 0, la direccin hace referencia a una red. Por ejemplo, 135.8.0.0 hace referencia a la red cuyo identificador es 135.8.

7.3.4. Restricciones de las direcciones IP.

Algunas direcciones IP tienen un uso especial y no pueden utilizarse para identificar redes ni hosts.

Los identificadores de red y host con valor 0 (00000000 binario) no estn permitidos, ya que significan esta red. La direccin IP 155.123.0.0 identifica la red 155.123. La direccin 0.0.0.35 identifica el host 35 de la red local.

El identificador de red 127 (01111111) tiene un uso especial. Es una direccin de retorno utilizada para verificar la configuracin de la red. Los mensajes dirigidos al identificador de red 127 se reflejan en lugar de enviarse a la red.

Los identificadores de host con valor 255 quedan restringidos para las difusiones. Un mensaje dirigido a 255.255.255.255 se enva todos los hosts de la red. Un mensaje dirigido a 183.20.255.255 se enva a todos los hosts de la red 183.20.

El ltimo octeto de una direccin IP no puede tener los valores 0 ni 255.

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Tabla resumen de direcciones disponibles de clase A, B y C considerando las restricciones anteriores:

Clase Desde Hasta Identificadores de red

Identificadores de host

A 1 126 126 16.777.214

B 128 191 16.384 65.534

C 192 223 2.097.152 254

7.4. DIRECCIONAMIENTO EN UNA INTERRED TCP/IP

En la figura siguiente se ilustra una red TCP/IP compuesta de tres redes conectadas con encaminadores. Esta interred incorpora redes con direcciones de clase A, B y C

FIGURA 4.2

Algunos de los buenos motivos para segmentar una red son los siguientes:

Pueden utilizarse distintas tecnologas LAN en distintos lugares. Por ejemplo, una organizacin puede utilizar una red token ring en un departamento y una Ethernet en otro. Los encaminadores pueden interconectar distintas tecnologas de red.

Las conexiones de las LAN son limitadas. Un cable de red admite un nmero limitado de dispositivos.

Congestin. Cuando una red se satura, su rendimiento puede caer en picado. Es posible crear una interred para reducir el trfico en segmentos concretos de la red.

Redes de rea extendida. Si la distancia entre dos LAN supera los lmites de la tecnologa de cable, es posible interconectarlas utilizando un enlace de punto a punto.

7.5. DIRECCIONAMIENTO DE SUBREDES

Si una red no va a estar conectada a Internet, los administradores pueden utilizar cualquiera de la clases de direcciones IP existentes. Es difcil imaginar una organizacin que llegue a saturar el nmero de direcciones IP disponibles.

Sin embargo, al conectar una red a Internet, deben utilizarse las direcciones asignadas. Desgraciadamente, la disponibilidad de direcciones Internet est disminuyendo. Como resultado, muchas organizaciones operan con un nmero excesivamente reducido de direcciones IP y no pueden asignar un identificador distinto a cada red.

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Para paliar esta situacin se ha desarrollado un procedimiento de subred (RFC 950), que permite que los administradores distribuyan los identificadores de host de una red dada en varias subredes.

Sino se utilizan subredes, una direccin IP se interpreta en dos campos:

Identificador de red + identificador de host

Si se utilizan subredes, la direccin se interpreta en tres campos:

Identificador de red + identificador de subred + identificador de host.

Vase la figura siguiente:

7.5.1. Mscaras de subred

El identificador de subred se crea utilizando bits del campo del identificador de host mediante una tcnica denominada mscara de subred. Considere la siguiente direccin de clase B:

10100001 01110101 10110111 10000111

Los dos octetos finales de una direccin de clase B componen el identificador de host. Para codificar el identificador de subred, es posible reservar algunos de los bits del identificador de host utilizando un mscara de subred. En la figura siguiente se muestra el modo en que se utiliza una mscara de subred para reservar los cuatro primeros bits del identificador de host para la subred.

La mscara de subred es un nmero de 32 bits. Un 1 indica que el bit correspondiente de la direccin IP forma parte del identificador de subred. Un 0 indica que el bit pertenece al identificador de host.

Las mscaras de subred casi siempre consisten en bits adyacentes de mximo orden. Por consiguiente, slo es necesario recordar ocho nmeros decimales para poder reconocer la

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mayora de mscaras de subred. Las nueve mscaras de subred ms frecuentes son las siguientes:

Binario Decimal 00000000 0 10000000 128 11000000 192 11100000 224 11110000 240 11111000 248 11111100 252 11111110 254 11111111 255

Los RFC permiten el uso de mscaras de subred con bits no contiguos. Aunque no es fcil imaginar un caso en el que una mscara no contigua resulte ventajosa.

7.5.2. Mscaras de subred predeterminadas

Al configurar una red para que admita direccionamiento de subredes, es necesario designar una mscara de subred aunque no se utilicen subredes. Las mscaras de subred predeterminadas son las siguientes:

Clase A: 255.0.0.0

Clase B: 255.255.0.0

Clase C: 255.255.255.0

Es necesario configurar las mscara de subred utilizando unos de los bits que corresponden al campo identificador de red de la clase de direccin. Por ejemplo, una mscara de subred 255.255.0.0 no es vlida en una direccin de clase C.

7.5.3. Ejemplo de direccionamiento de una subred

Las ventajas, desventajas y dems aspectos del direccionamiento de una subred pueden verse en el ejemplo siguiente. Este ejemplo est basado en una direccin de clase C.

La red se basa en la direccin de red 195.100.205.0 cuya representacin binaria es la siguiente:

11000011 01100100 11001101 00000000

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La mscara de subred utilizada en el ejemplo es 255.255.255.224 cuyo equivalente binario es

11111111 11111111 11111111 11100000

Se reservan tres bits del identificador de host para los identificadores de subred. Dado que stos no pueden contener slo ceros o unos, disponemos de seis identificadores de subred: 001, 010, 011, 100, 101 y110. Con cinco bits disponibles para identificar el host, cada red llega a admitir 30 hosts (los identificadores 00000 y 11111 no estn disponibles).

Consideremos la direccin IP 195.100.205.175. Su equivalente binario es:

11000011 01100100 11001101 10101111

Tras aplicar la mscara de subred, los tres bits reservados para el identificador de subred se convierten en 10100000 (160 decimal). El identificador de host es 01111 (15 decimal).

En la tabla siguiente se resumen los valores vlidos del cuarto octeto al utilizar la mscara de subred 255.255.255.224. La tabla muestra que el uso de subredes con direcciones de clase C desperdicia muchos identificadores de host potenciales. Las subredes no resultan tan costosas al utilizar direcciones de clase A o B, pero si cuentas con una direccin de clase C y necesitas segmentar la red, no disponemos de otras alternativas. Sin embargo, NT ayuda a minimizar el impacto de las subredes, ya que permite que un solo NIC represente varias subredes.

Direcciones de host de clase C disponibles para utilizar la mscara de subred 255.255.255.224.

Subred (binario) Subred (decimal) Valores disponibles para el cuarto octeto (binario)

Valores disponibles para el cuarto octeto (decimal)

001 32 00100001-00111110 33-62 010 64 01000001-01011110 65-94 011 96 01100001-01111110 97-126 100 128 10000001-10011110 129-158 101 160 10100001-10111110 161-190 110 192 11000001-11011110 193-222

7.5.4. Encaminamiento IP.

IP se encarga de la distribucin de datagramas en la interred. Cuando los datagramas IP viajan a una red distinta a la local. IP lleva a cabo el encaminamiento asegurando que el datagrama llegue a la red de destino.

Sin embargo, la entrega al host de destino es una funcin de la capa de enlace de datos. Antes de examinar el proceso de encaminamiento, veamos como funciona la entrega de paquetes en una red.

7.6. ENTREGA DE DATOS EN LA RED LOCAL

Cuando dos hosts se comunican en la misma red de rea local, la entrega de un datagrama resulta sencilla. Los protocolos de menor nivel se encargan de la entrega en s. En las LAN de tipo IEEE 802.x, la subcapa de control de acceso al medio (MAC) controla la entrega de los marcos.

As pues, la subcapa MAC se encarga del direccionamiento de los nodos, incluso las direcciones hardware de los nodos se denominan direcciones MAC en terminologa IEEE 802.

En la figura siguiente se aprecia la sencillez de la entrega de un marco en una red de rea local. El nodo origen se limita a construir un marco que incluye la direccin de destino (DA) del nodo receptor. La funcin del nodo emisor finaliza una vez que el marco se sita en la red. En las LAN, todos los nodos examinan cada marco enviado a la red y comparan su

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